一种强杂波环境下雷达目标微振动信号提取方法

基于宽带雷达的微振动测量是典型非接触式振动测量手段之一,具有可穿透障碍物、全天候工作的优势,在公路/铁路桥梁安全性监测、生命体征测量、目标识别等多个领域发挥重要作用。典型的雷达测振模型基于回波相位调制模型,即目标回波的相位变化线性依赖于目标振动。当目标位于强杂波环境中时,目标微振动对回波相位的调制程度减弱,容易被系统相位噪声淹没,因而难以高精确提取。为解决这一问题,本文提出一种基于慢时间差分共轭相乘的目标微振动信号提取方法,首先对目标复高分辨一维像作慢时间差分;然后差分结果与当前时刻目标像共轭相乘,取其实部;最后对上一步结果作积分得到目标上的微振动信号。该方法适用于强静止杂波环境下无宏观运动目标上的微振动信号高精度提取。      

基于CA-CFAR桥梁振动目标位置及频率检测方法

雷达在桥梁健康检测领域已经成为最主要的工具之一,主要因为其非接触性、以及可连续,全面检测等优势,雷达对桥梁健康的检测主要通过对桥梁所产生的振动信号进行分析,雷达振动信号包含相位信息,方便对形变量进行提取。对振动信号的检测,通常需要对原始信号进行形变反演,在反演后的信号上再对振动信号进行检测,但是桥梁振动信号通常处于复杂环境中,在杂波以及噪声的影响下,反演后的信号难以呈现振动信号本身的特征,不易进行检测。因此本文提出基于CA-CFAR的桥梁频率检测方法,先在距离多普勒域对距离单元进行检测,再基于振动信号自身具有周期性、多次谐波的特征对信号频率进行检测,本文的方法直接对雷达信号进行频率检测,减少了形变量反演所造成的误差。首先给出了振动信号几何模型以及信号模型。然后论述了检测算法原理。最后通过实验对算法的可行性进行了验证。      

X波段双偏振气象雷达差分相位质量控制

气象雷达差分相位的质量控制是通信和遥感遇到的一个基本问题。前向散射引起的差分相位估计的准确性对于测量降水量,反射率的衰减订正具有重要意义,尤其对于X波段的双偏振雷达。而后向差分相位的值则包含了非瑞利散射和降水微物理等有价值的信息,因此需要准确地分离出前向散射引起的差分相位和后向差分相位。但在雷达射线传播路径中可能会存在其他非气象目标的干扰或受到周围某单频点电磁波的干扰,导致接收到的电磁波存在噪声因素,从而使测量得到的总差分相位值不准确,因此还需要考虑对接收得到的差分相位先进行质量控制。本文基于X波段双线偏振多普勒天气雷达,提出了对测量得到的差分相位进行质量控制的方法,有效地减少噪声的影响,再利用处理得到的总差分相位分离前向散射引起的差分相位和后向差分相位。结果表明,该方法可以有效地对非降水回波干扰引起数据的大振幅进行平滑,分离得到的前向散射相位满足理论规律。     

基于微型化FMCW雷达的抗振乘员健康监测

随着雷达系统的小型化,毫米波雷达在消费电子领域展现了广阔的应用前景。然而,毫米波雷达的车内应用,由于车内环境的复杂性和振动性的特点,依然面临着巨大挑战。为了解决车体振动对雷达探测的影响,本文提出了基于微型化调频连续波（FMCW）雷达的抗车体振动的乘员健康监测方法。该方法利用FMCW雷达将不同距离的物体的运动信息转化为相位信息加载于中频信号的不同频率成分中的特点以及车内乘员位置相对固定的特点,通过仅取乘员位置对应中频频率成分的相位信息,有效隔绝了车体其他部分振动对乘员健康监测的干扰。仿真和实验结果均表明,该方法在车体振动情况下,仍然可以有效工作。     

双谱用于毫米波雷达目标特征提取的研究

在毫米波雷达系统中,信噪比对作用距离的影响很大。本文利用双谱技术提取出目标信号双谱的局部相位信息作为特征矢量;该特征良好的抗噪性大大降低了目标识别对雷达系统信噪比的要求,从而提高了毫米波雷达的灵敏度及作用距离。     

基于快速傅里叶变换的分布式振动传感信号解调分析

提出了一种在光纤距离方向作快速傅里叶变换（FFT）的振动信号相位提取方法,并在分布式声波传感（DAS）系统上加载200 Hz正弦信号进行了验证。该方法在振动传感光纤距离方向上采用分距离滑动FFT变换提取载波信号的相位,然后对光纤方向缠绕的相位信号进行差分,进而在光纤方向与时间方向上进行解缠绕处理,最后对解缠绕信号进行高通滤波。与DAS系统信号解调常用的IQ解调、希尔伯特变换解调相比,该方式提取的200 Hz振动信号的信噪比为36.71 dB,比IQ、希尔伯特变换提取的信噪比分别高21.04 dB和20.91 dB,且FFT提取的振动相位信号的周期性好,无谐波及低频噪声干扰。对2000 Hz和5000 Hz正弦振动信号的提取结果也表明该方式具有较好的适用性。     

双谱用于毫米波雷达目标特征提取的研究

在毫米波雷达系统中，信噪比对作用距离的影响很大，本文利用双谱技术提取出目标信号双谱的局部相位信息作为特征矢量；该特征良好的抗噪性大大降低了目标识别对雷达系统信噪比的要求，从而提高了毫米波雷达的灵敏度及作用距离。     

利用正弦相位调制干涉仪探测声辐射激励的固体表面微振动

为了提取固体表面的微振动信息,本文提出了一种基于正弦相位调制干涉仪和实时归一化PGC-DCM算法的探测方法。采用归一化PGC-DCM算法实现载波相位调制深度和载波相位延迟的计算,然后对正交干涉信号分量进行预归一化,再经过运算消去干涉信号条纹的对比度系数,实现正交干涉信号分量的完全归一化,最后利用微分交叉相乘原理实现干涉信号相位的解调。利用数值仿真证明了解调算法的有效性,并在光学暗室环境中搭建了一套正弦相位调制干涉系统,对多种不同频谱特征的固体表面微振动进行探测实验和信息解调;实验结果表明,所提方法能够准确探测固体表面的微振动信息,在3 kHz的被测微振动频率范围内,干涉信号相位解调的平均信噪失真比为33.0956 dB,动态范围优于22.75 dB。     

基于曲面投影的毫米波InSAR数据成像方法

与其它波段相比,毫米波系统具有体积小、重量轻、分辨率高等优点,成为近几年InSAR技术的研究热点。但因其波长短,毫米波InSAR对平台运动轨迹测量精度要求更高,非理想运动情况下传统成像方法数据处理及干涉相位提取困难,另外传统方法基于平面投影成像,在地形陡变时干涉相位缠绕和目标几何畸变较严重。为了解决传统方法在毫米波InSAR成像的以上不足,该文提出了一种基于曲面投影的毫米波InSAR成像方法,将不同通道回波数据投影到相同地形高程曲面上进行成像及干涉相位提取,并推导了曲面下地形高程与干涉相位的关系。仿真和实测数据结果验证了该文方法的有效性,结果显示该方法在平台非理想运动下较传统算法获得更好的InSAR成像和干涉相位质量,且减小了地形高程起伏引起的几何畸变及干涉相位缠绕,更有利于毫米波InSAR图像地形特征描述及高程提取。      

基于双频EBPSK-MODEM的雷达通信机研究

为了解决双频连续波雷达在测距中的整周期模糊度问题,同时实现雷达通信一体化,该文提出一种基于双载频双路扩展的二元相移键控(EBPSK)调制解调器的综合电子系统,实现了基本的雷达与通信功能,其中一路只发送连续波,与另一路EBPSK调制信号进行比相接收,输出高精度测距信息;用冲激滤波器对另一路EBPSK调制信号进行解调。通过把EBPSK调制信号的相位跳变信息转变为幅度冲激,在连续波背景中再现目标的雷达脉冲回波,该滤波器的输出是大量程测距信息;将两组数据融合后,系统可输出高精度大量程的雷达测距值。同时利用EBPSK调制信号和冲击滤波辅助解调的特殊优势进行高频谱利用率的数字通信。     

闪烁现象下基于微动补偿的旋转叶片参数估计方法

目标旋转叶片的微动特征对雷达目标识别有重要意义,但当雷达回波中存在强闪烁现象时难以测量微动参数。针对此问题,提出了一种调频连续毫米波雷达在闪烁现象下的微动补偿参数估计方法。首先建立了调频连续波雷达的旋转散射点回波模型,由线积分得到旋转叶片雷达基带回波信号的解析形式,分析了闪烁现象产生机理和特征。然后,考虑到回波信号所具有的周期性脉冲特征,构造了基于周期脉冲模型的微动参数补偿算子对回波信号进行参数补偿。最后,检测补偿后信号能量峰值完成了旋转叶片微动参数的估计。仿真和实测数据的实验结果表明,所提方法在强闪烁现象下对旋转叶片的旋转频率、旋转长度和初始旋转角具有较高的参数估计精度。      

Micro-motion target sensing by stepped-frequency continuous-wave radar

Mechanical micro-vibration of a target may induce phase modulations on the radar echo, and the vibration can be detected to identify micro-motion target. In this paper, a new method to detect a mi-cro-motion target and obtain its range and micro-motion frequency is proposed in which multiple periods stepped-frequency continuous-wave signal and Moving Target Indication (MTI) filter are adopted. The simulation results illustrate the validity of this method and present the detection of the target range and the vibration frequency. The experiment gives promising results.     

双极化单脉冲雷达两点源干扰目标角度测量方法

干扰和目标回波同时位于雷达主瓣时,能够改变天线口面的相位波前,严重干扰雷达角度测量.为解决这个难题,提出了基于极化信息的单脉冲处理方法,将雷达改进为双极化接收,并增加相应的和差网络,得到六路带极化信息的和差信号,带入本文设计的解析公式进行解算,可以避免角度估计中因为干扰产生的耦合误差,确保准确的雷达测角及跟踪.仿真结果证明,该方法能够在干扰条件下得到正确的角度估计,使对抗拖曳式诱饵干扰的工程实现更加简洁高效,对于提升雷达的抗干扰能力具有重要意义.     

多斜率步进调频连续波信号在汽车防撞雷达中的应用

该文首先介绍了工作在毫米波段的汽车防撞雷达的有关情况,然后针对其在实际工作情况下遇到的虚警问题,提出了一种新的雷达发射信号波形,即多斜率步进调频连续波信号。该波形可以容易地数字化产生,同时其相应的信号处理降低了传统的高分辨率雷达对高速宽带信号处理的要求。该文还提出了一种用于多个车辆目标检测的逐次逼近算法,仿真结果表明,该算法能够有效地去除虚假目标。     

基于MAC序列的抗回波遮挡准连续波雷达波形设计

为了解决相位编码准连续波雷达的回波遮挡问题,首先引入遮挡率函数和遮挡情况下的回波主旁瓣比定量分析回波遮挡。在此基础上提出一种基于MAC(Multimode Arbitrary Code)序列的长短脉冲结合的波形设计方法,并给出了基于此方法的波形设计实例和相应的仿真分析。仿真结果表明该波形设计方法能够有效解决相位编码准连续波雷达的回波遮挡问题,实现远近目标的同时探测。     

分辨率约束下毫米波雷达波形参数及接收权联合设计

针对自动驾驶中有限平台空间及发射功率导致毫米波雷达目标检测性能较低的问题,该文提出一种距离及速度分辨率约束下提升毫米波雷达目标检测概率的波形参数及接收权联合设计方法。首先,基于调频连续波(FMCW)信号,所提方法建立了毫米波相控阵阵列检测模型;其次,通过分析距离及速度分辨率与发射波形参数关系,构建考虑距离及速度分辨率的发射波形参数约束;然后,基于最大化输出信杂噪比(SCNR)准则,建立具有距离及速度分辨率约束的发射波形参数及接收权值联合优化模型以改善毫米波雷达目标检测及距离速度分辨性能;最后,所提方法基于交替迭代方法求解所得复杂非线性优化问题。仿真结果表明,所提方法可自适应调整发射波形参数和接收权以提升目标检测性能同时满足距离及速度分辨率需求。     

基于自相关功率谱的生命迹象探测算法

在实际雷达生命迹象探测环境中,干扰噪声往往不是理想的高斯白噪声,而是非零均值、且具有相关性的高斯状色噪声。针对互功率谱算法在非理想高斯白噪声背景下提高信噪比能力有限这一问题,通过对其不足与缺陷的分析,提出一种在高斯状色噪声条件下,应用于步进频连续波生命探测雷达,基于自相关功率谱的生命迹象探测算法。该算法利用源目标回波信号的自相关性,对基带回波信号进行自相关处理,以此增强源目标信号功率谱密度,提高信噪比,提升探测性能。通过仿真,证明了该算法提升信噪比能力。同时利用步进频连续波生命探测雷达进行实际测试,统计、分析了探测环境中的噪声模型与数字特征,验证了自相关功率谱在实际探测环境中,具有更强的生命迹象检测性能。     

基于毫米波雷达的生命特征信号探测技术研究

生命特征信号探测旨在对人体信号中含有呼吸、心跳等特征参数进行检测和提取,是监测人体生命健康的重要方法之一,在信号处理、医学工程等领域均有广泛的应用。本文对基于毫米波雷达的生命特征信号探测技术进行系统综述,从提取信号的角度出发,综述了将毫米波雷达技术引入生命特征信号探测领域之后的研究成果。首先,从毫米波雷达体制方面对现存雷达技术进行了论述。然后,简要介绍了对称三角波调制方法对生命信号进行检测,考虑到将检测到的生命信号进行特征分离,总结了三种弱信号提取算法并进行对比,重点分析了小波变换和经验模态分解两种方法的研究现状。最后,本文分析了毫米波雷达在生命信号探测领域存在的问题,并对今后可能的研究趋势进行了展望。